基于Inventor零件球面研磨磨粒加工痕迹仿真分析

    赵如意

    摘 要：文章基于Inventor的零部件建模功能，将几种球面研磨的形式构成转换为适合机构仿真的Inventor零部件；基于Inventor的机构运动仿真功能，探索出球面研磨磨粒运动痕迹，并对几种磨粒运动痕迹进行分析，指出不同球面研磨的形式特点及其对球面表面粗糙度和几何精度的影响。

    关键词：球面；范成研磨；超精研磨；Inventor；运动仿真

    1 零件球面工艺概述

    零件球面成形通常经过精车、精磨工艺而成，其表面加工痕迹是绕一固定轴单向回转，故其表面粗糙度和几何精度较差，如图1所示。

    为提高零件球面表面粗糙度和几何精度，通常需要对其研磨。目前，球面研磨的形式有定轴范成研磨、复摆范成研磨、复摆超精研磨等3种方式（见图2—4）。

    1.1 定轴范成研磨

    该形式为零件球面定轴旋转，油石圈绕球面正交轴旋转，油石圈端面压在零件球面上研磨，其磨粒在球面运动痕迹由油石圈与球面两种圆周运动复合而成。

    1.2 复摆范成研磨

    该形式为零件球面定轴旋转，油石圈绕过球心轴旋转同时该轴又绕另一过球心正交轴往复摆动，油石圈端面压在零件球面上研磨，其磨粒在球面运动痕迹由油石圈转动和摆动与球面转动3种圆周运动复合而成。

    1.3 复摆超精研磨

    该形式为零件球面定轴旋转，油石条绕过球心正交轴往复摆动，油石条端面压在零件球面上研磨，其磨粒在球面运动痕迹由油石圈转动和摆动与球面转动3种圆周运动复合而成。

    为探索出球面研磨磨粒运动痕迹，需应用三维设计软件Inventor零部件建模功能，对球面研磨的形式进行机构零部件转化。

    2 创建研磨形式的Inventor零部件

    2.1 创建研磨形式的Inventor零件

    进入Inventor新建零件界面，创建研磨形式的组成部分为Inventor零件。

    将图2中的球面创建成图5所示定轴球面零件；将图3—4中的球面创建成图6所示摆轴球面零件。

    将图2—3中的油石圈及磨粒创建成图7所示油石圈零件；将图4中的油石条及磨粒创建成图8所示油石条零件。

    2.2 创建研磨形式的Inventor部件

    进入Inventor新建部件界面，创建研磨形式的组成部分为Inventor部件。将图3—4中的复摆向创建成图9所示曲柄连杆摆杆机构。

    将上述零件和机构进行装配，分别创建出如图10—12研磨形式的部件。

    3 创建研磨形式Inventor机构仿真

    3.1 创建零件之间的运动约束关系

    在Inventor部件界面上，对已添加装配约束的部件再次已添加运动约束，即分别对图10—12部件中的球面零件和油石零件添加运动约束，如图13所示。

    3.2 创建部件运动仿真

    在Inventor部件界面环境菜单下单击按钮进入Inventor仿真界面。Inventor自动将装配约束转换为运动类型，进行适当设置后即可进行仿真作业，如图14所示。

    分别对图10—12部件进行仿真作业，可得到图15—17部件磨粒运动痕迹。

    4 球面研磨磨粒痕迹分析

    由图15—16可以看出，定轴范成研磨与复摆范成研磨磨粒痕迹为圆周弧面螺旋线，其圆周弧面线与图1的表面加工痕迹有投影重合，对表面加工痕迹去除困难，可能出现球面几何精度下降的现象。

    由图17可以看出，复摆超精研磨磨粒痕迹为弧面正弦线，当其频率足够高时正弦线与图1的表面加工痕迹接近正交，无投影重合；该方式对表面加工痕迹去除效率高，可提升球面几何精度。

    5 结语

    基于Inventor的零部件建模和机构运动仿真功能，可以准确直观地探索出球面研磨磨粒运动痕迹，为球面研磨方式分析提供重要依据。

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